Учёные впервые измерили разрушительное воздействие геомагнитной супербури на защитную оболочку Земли
Учёные впервые измерили, каким образом экстремальные космические погодные явления, известные как геомагнитные супербури, разрушают защитную плазменную оболочку Земли — плазмосферу, подвергая риску нашу критически важную инфраструктуру. Новое исследование, опубликованное в журнале Earth, Planets, and Space, было посвящено шторму Гэннона, также известному как Майская буря, который обрушился на нашу планету 10–11 мая 2024 года.
Доктор Ацуки Синбори из Института исследований космическо-земной среды Университета Нагоя возглавил это исследование, впервые определив, каково воздействие такого события космической погоды на плазмосферу и ионосферу. Эти бури могут иметь серьёзные последствия для космических и наземных коммуникационных сетей, включая сигналы GPS и синхронизации, необходимые для современного интернета.
Данные для исследования были получены со спутника JAXA «Арасэ», впервые запущенного в декабре 2016 года. Спутник был выведен на орбиту, проходящую через плазмосферу, для измерения плазменных волн и магнитных полей во время изучения радиации и процессов в околоземном космическом пространстве. Спустя восемь с половиной лет после начала миссии «Арасэ» оказался в оптимальной позиции для проведения непрерывных наблюдений за плазмосферой Земли во время экстремального события. Эти наблюдения выявили свидетельства быстрого сжатия, за которым последовало медленное восстановление плазмосферы.
«Мы отслеживали изменения в плазмосфере с помощью спутника "Арасэ" и использовали наземные GPS-приёмники для мониторинга ионосферы — источника заряженных частиц, которые пополняют плазмосферу, — пояснил доктор Синбори. — Наблюдение за обоими слоями показало нам, насколько драматично плазмосфера сжалась и почему её восстановление заняло так много времени».
Обычно простираясь примерно на 43 500 километров над планетой, плазмосфера защищает поверхность Земли и спутники на низкой орбите от опасной радиации. Однако во время шторма Гэннона эта защита сократилась до всего лишь 9 600 километров. Потребовалось всего девять часов с момента солнечных извержений, чтобы миллиарды заряженных частиц сжали плазмосферу до минимальной отметки. Восстановление было гораздо более медленным, длившимся четыре дня, и стало самым длительным с момента начала наблюдений за возмущениями плазмосферы командой в 2017 году.
«Мы обнаружили, что буря сначала вызвала интенсивный нагрев вблизи полюсов, но позже это привело к резкому падению концентрации заряженных частиц по всей ионосфере, что замедлило восстановление, — отметил доктор Синбори. — Это затяжное нарушение может повлиять на точность GPS, создать помехи в работе спутников и усложнить прогнозирование космической погоды».
В то время как буря представляла опасность для необходимой инфраструктуры, она также позволила заряженным частицам проникнуть гораздо ближе к экватору, чем обычно, породив редкие и красивые низкоширотные полярные сияния. Обычно авроральная зона располагается вокруг Северного и Южного полярных кругов, но ослабленное магнитное поле позволило ей спуститься до Японии, Мексики и Южной Европы.
В течение часа после бури заряженные частицы в верхних слоях атмосферы переместились в направлении полюсов — слишком поздно, чтобы быть восполненными частицами из ионосферы. Стандартное время пополнения этих частиц было почти удвоено из-за того, что исследователи называют «негативной бурей» — события, при котором быстрое падение концентрации частиц на больших площадях ионосферы, вызванное нагревом, изменяет атмосферную химию. Только спутниковые наблюдения могут обнаружить эти странные и невидимые события.
«Негативная буря замедлила восстановление, изменив атмосферную химию и перекрыв поставку частиц в плазмосферу, — сказал доктор Синбори. — Эта связь между негативными бурями и отсроченным восстановлением ранее никогда не наблюдалась так чётко».
Это исследование даёт новое яркое представление о том, что происходит во время этих опасных событий космической погоды. Учёные теперь понимают, как плазмосфера изменяется по мере протекания через неё энергии. Последствия события подтвердили, насколько опасными могут быть геомагнитные бури для нашей инфраструктуры: сигналы GPS прекращались, радиосвязь нарушалась, а некоторые спутники испытывали электрические или проблемы со связью. В целом, более чёткое понимание этих потенциально катастрофических событий позволит инженерам в будущем быть гораздо лучше подготовленными к проектированию устойчивой космической технологии.